机械原理课程设计说明书螺钉头冷镦机 第九组文档格式.docx
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3.2方案二·
3.3方案三·
3.4方案的比较与选定·
4
四、机构设计与计算
4.1 基础机构的设计·
5
4.1.1槽轮机构·
4.1.2曲柄滑块机构·
4.1.3凸轮机构·
6
4.1.4曲柄摇杆机构·
7
4.2运动循环图·
4.3机构尺度综合·
8
4.4运动方案布置图（见附录）
4.5机构动态静力分析·
12
4.5.1曲柄滑块机构·
4.5.2凸轮机构·
13
4.5.3曲柄摇杆机构·
14
五、参考资料·
六、设计心得·
一、设计题目
1.1设计题目螺钉头冷镦机
1.2工作原理及工艺动作过程
工作原理：
在室温下把棒材或线材的顶部加粗的锻造成形方法。
冷镦主
要用于制造螺栓、螺母、铁钉、铆钉和钢球等零件。
锻坯材料可
以是铜、铝、碳钢、合金钢、不锈钢和钛合金等，材料利用率可
达80～90％。
冷镦多在专用的冷镦机上进行，便于实现连续、多
工位、自动化生产。
在冷镦机上能顺序完成切料、镦头、聚积、
成形、倒角、搓丝、缩径和切边等工序。
生产效率高，可达300
件/分以上，最大冷镦工件的直径为48毫米。
冷镦螺钉头主要完成以下动作：
1）把成卷的线材通过校直，并自动间歇送料；
2）截料并运料；
3）预镦和终镦；
4）顶料。
1.3原始数据及设计要求
1）每分钟冷镦螺钉头120只。
2）螺钉杆的直径D=2～4mm，长度L=6～32mm。
3）毛坯料最大长度48mm，最小长度12mm。
4）冷镦行程56mm。
1.4设计方案提示
1）自动间歇送料采用槽轮机构、凸轮式间隙运动机构等。
2）将坯料转动切割可采用凸轮机构推动进刀。
3）将坯料用冲压机构在冲模内进行预镦和终镦，冲压机构可采用
平面四杆机构或六杆机构。
4）顶料，采用平面连杆机构等。
1.5设计任务
1）机械系统方案的拟定
1.简图表达（各构件名称）
2.动作原理
2）方案论证和评定
1.根据设计参数要求进行功能分解；
2.各执行机构的方案说明、绘制机构运动传动示意图（可动画）；
3）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
4）机械传动系统和执行机构进行尺度设计
1.传动系统设计（各级传动比确定等）
2.基本机构的设计、尺度综合。
5）运动分析（位移、速度、加速度）
图纸：
（1）机械运动方案简图；
（2）基本机构设计图
二、原动机的选择
机械系统通常由原动机、传动装置、工作机和控制操纵部件及其他辅助零部件组成。
工作机是机械系统中的执行部分，原动机是机械系统中的驱动部分，传动装置则是把原动机和工作机有机联系起来，实现能量传递和运动形式转换不可缺少的部分。
由于YZ、YZR系列起重及冶金用三相异步电动机具有较高的机械强度及过载能力，能承受经常的机械冲击及振动，转动惯量小，过载能力大，适用于经常快速起动及逆转、电气及机械制动的场合，还适用于有过负荷、有显著振动和冲击的设备，所以我们选择YZ、YZR系列起重及冶金用三相异步电动机做为原动机。
3、机械系统运动方案的拟定与比较
3.1方案一
在该方案中，如图（见附表）所示送料机构由皮带轮，曲柄摇杆机构，棘轮机构组成，截料机构由曲柄摇杆机构组成，回转工作台由槽轮机构组成，顶料机构由平底凸轮机枪组成。
主轴上的皮带轮带动皮带轮4与皮带轮4同轴的齿轮5，固定在与齿轮5相啮合的齿轮上的曲柄回转带支棘轮8上的摇杆来回摆动，使棘轮8产生间歇的定向转动，棘轮的转动又伟给送料滚筒，使滚筒间歇送料。
送料机构送完料后，主轴上的曲柄回转推支摇杆摆动，摇杆的摆动使截料机构的刀口闭合，产针送完的料截下来。
主轴上的圆柱凸轮3推动槽轮间歇转动，槽轮带动与其连轴的回转工件11台间歇转动，从面将坯料间歇地送到初镦模6和终镦模7的下面。
与齿轮4同轴的转盘上固定有曲柄，曲柄的回转运动通过五杆机构转变为初镦模6和终镦模7的上下往复运动，对回转工作台11送来的坯料分别进行初镦和终镦。
3.2方案二
在该方案中，如图所示，采用不完全齿轮实现其间歇运动，由电动机带动其不完全齿轮转动，截料机构采用曲柄滑块机构推动刀具运动，截送料机构采用特制圆盘如图所示。
一个圆盘进行送料和冷镦在圆盘的径向上均布着小孔，截好的材料送进来正好嵌在孔里面，当圆盘转过一定角度的时候工件又继续送进去，这也能实现间歇送料。
在径向孔的内部，有三个爪子，就象车床上夹紧材料的那个部分，通过圆盘自身的转动，带动齿轮转动从而使这三个爪子具有收紧和放松的功能。
在爪子收紧时，正好进行冷镦，放松时，卸下工件。
3.3方案三
电动机带动齿轮旋转，通过齿轮之间的传动实现槽轮转动，达到间歇送料的目的。
当原料送到预定位置时，与凸轮接触的圆柱杆上移加紧试件，冷镦头左移不断接近试件，刀具下移实现切料。
此时，预镦与剪切功能完成。
推料机构再将试件向前推进到终镦位置，下一个加工试件冷镦同时实现前一个试件的终镦。
3.4方案的比较与选定
采用的机构
机构的优点
机构的缺点
方案一
曲柄摇杆机构、棘轮机构、槽轮机构、平底凸轮机构
由曲柄摇杆机构带动棘轮机构送料，精确，而且可以调节送料的长度；
回转工作台，上有六个下模孔，回转传料，提高工作效率。
传料的速度较快，送料的速度难以控制。
方案二
不完全齿轮、凸轮、连杆组合机构
该机构结构简单，便于制造和生产，两个凸轮同步，前一个螺钉的终镦和后一个螺钉的预镦在同一冲压的过程中实现，节省了时间提高了效率。
圆盘夹紧部分工艺复杂，设计难度大。
工作工作中，圆盘受力太大，使得机器寿命减短，而无法实现生产效益。
方案三
齿轮、槽轮、连杆、凸轮组合机构
并排两个凸轮。
同时进行预镦和终镦，节省了时间提高了效率。
A-A两套啮合齿轮，可有2种不同的进料尺寸，通过更换齿轮的齿数还可由其他不同的进料长度。
凸轮顶杆承受的压力大，因此对顶杆的刚度要求高，凸轮磨损严重。
综合三种方案的优缺点，选择方案三，再将其冷镦机构加以修改，用平面曲柄摇杆机构代替曲柄滑块机构，最终定型。
4、机构设计与计算
4.1基础机构的设计
4.1.1槽轮机构
送料机构采取槽轮机构。
由电动机带动一个轮系使带销圆盘转动，带销圆盘再带动槽轮，实现间歇送料功能。
槽轮的转速n=[（120/60）×
90º
÷
360º
]×
60=30r/min（槽数z=4）
带销的圆盘的转速n’=4×
n=120r/min
为很好的满足此机构的要求，我们选取Y160M2-8型电动机，转速n=720r/min，功率p=5.5kw,功率因数cosθ=0.74。
为使槽轮转速达到要求，须进行减速设计，所以通过两次齿轮外啮合，即：
i14=（Z2×
Z3）/（Z1×
Z2’）=n1÷
n4=720÷
120=6
定Z1=20,m=3;
Z2=60,m=3;
则i12=Z2÷
Z1=60÷
20=3;
n2=n1÷
3=720÷
3=240r/min
定Z2’=18,m=6,Z3=36,m=6;
则i23=Z3÷
Z2’=36÷
18=2;
n3=n2÷
2=240÷
2=120r/min
满足槽轮转速n=n3÷
z=120÷
4=30r/min的条件，以上假设成立。
在一个循环中:
带销圆盘进程的时间t=60÷
120=0.5s
槽轮进程时间t’=（1/4）t=0.125s
进料长度L=（1/4）πD=15.7mm（其中，D为槽轮直径为20mm）
4.1.2曲柄滑块机构
剪切机构采用曲柄滑块机构。
与盘形凸轮共轴的齿轮带动与曲柄相连的齿轮转动，曲柄带动刀具做往复运动，实现剪切功能。
滑块的行程L=12.36mm,即铰链与转盘中心的距离为6.18mm。
定曲柄杆长为20mm,与曲柄相连的齿轮半径为9mm，可得到如下图所示的仿真图。
4.1.3凸轮机构
夹紧机构采用对心平底推杆盘形凸轮。
由电动机带动一个轮系转动，使凸轮和与其共轴的齿轮一起转动，进而使推杆做往复运动，实现夹紧功能。
定推杆长为8.18mm,基圆半径为10mm，共轴齿轮半径6mm。
经计算凸轮的远休止角δ01=66˚，近休止角δ02=80˚，推程运动角δ0=回程运动角δ0’=107˚，可以得到如左图所示的凸轮仿真图。
4.1.4曲柄摇杆机构
冷镦机构采用曲柄摇杆机构。
由与凸轮共轴的齿轮带动与曲柄相连的齿轮转动，再由四杆机构带动墩头进行预墩和终镦。
定曲柄长为9mm，连杆长为14mm，摇杆长为20mm,机架长为23mm。
经计算极位夹角θ=3.57˚，行程速比k=（θ+180˚）÷
（180˚-θ）=1.04,摆角φ=53.48˚。
仿真图如上图所示。
4.2运动循环图
送料
夹紧
剪切
预、终镦
顶料
0˚90˚180˚270˚360˚（0˚）90˚
4.3机构尺度综合
机构总体分为槽轮机构、曲柄滑块机构、凸轮机构和曲柄摇杆机构。
它们的位移、速度、加速度分析图分别如下。
曲柄滑块机构位移图
曲柄滑块机构速度图
曲柄滑块机构加速度图
凸轮机构位移图
凸轮机构速度图
凸轮机构加速度图
曲柄摇杆机构角位移图
曲柄摇杆机构加速度图
曲柄摇杆机构角加速度
根据分析所有机构满足要求。
根据每0.5秒需完成一次送料、剪切、夹紧、初终墩和顶料的要求，代销圆盘初始位置在沿与水平方向成45º
角斜向右上方向；
曲柄滑块机构中，初始位置时，连杆在与竖直方向成31º
角斜向左下方向；
凸轮机构中，初始位置时，推杆处于最低位置；
曲柄摇杆机构中，初始位置时，连杆处于水平位置并在与连杆相连的齿轮中心右边。
4.4运动方案布置图（见附录）
4.5机构动态静力分析
4.5.1曲柄滑块机构
剪切部分采用曲柄滑块机构。
假设各杆质心均在杆件中心处，曲柄（实为齿轮）质量为m1,连杆质量为m2，滑块（实为道具）质量为m3。
其运动简图如下图所示：
对各杆件及滑块进行受力分析有：
根据牛顿第二定律有：
1F41+m1g+F21=J1a1
2F12+m2g+F32=J2a2
3Fr+Fn+F23+m3g=J3a3
根据前面的已知量可大致估算出连杆的质量为0.5kg,滑块（实为刀具）的质量为1.0kg。
4.5.2凸轮机构
夹紧部分采用凸轮机构，其运动简图如下图所示：
4.5.3曲柄摇杆机构
冷镦部分采用曲柄摇杆机构，其运动简图如下图所示：
五、参考资料
【1】葛文杰，《机械原理》（第六版），高等教育出版社
【2】刘宏文，《材料力学》（第五版），高等教育出版社
【3】哈尔滨工业大学理论力学教研室《理论力学》，高等教育出版社
【4】《机械原理课程设计手册》，高等学校教材
六、设计心得
机械原理课程设计接近尾声，经过两周的奋战，我们的课程设计终于完成了。
在这个过程中我们学到的不仅有专业知识，还有团队合作精神，任何一个完整的作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是先由团队成员细致分工，然后认真整合之后形成一个完美的作品。
我们小组做的是螺钉头冷镦机，由于理论知识不足，也没有相关经验，刚开始有些手忙脚乱，不知从何入手。
这段时间里又还有各种专业考试，做课程设计的同时也要忙着复习，心力交瘁。
在设计的过程中，我们小组通过阅读大量资料，与同学交流等方式，使我们学到不少知识，也经历不少艰辛，但同样收获巨大，而且大大提高了我们的动手能力。
很多人认为两周时间很长，但我们丝毫没有感觉到时间的充裕。
我们第一周的时间是选定题目、收集资料、做方案设计，经过不断修改、讨论和分析各个方案的优缺点和不足，最终我们选定了最佳的方案。
第二周的任务就着重在详细设计的方面。
这个阶段我们分工合作，有条不紊。
我们使用的机构类型有很多，需要讨论的问题也有很多。
比如槽轮中槽数的选择、凸轮的轮廓设计和运动性能分析及其优化、齿轮模数的选择和变位系数的计算、滑块和杆长的设计，这都需要理论知识来指导。
我们收获的另外一点就是对设计方法的认识，对CAD的认识，大一下学期时学过一些CAD知识，而第一次这么完整的用CAD细致地表达自己的思想，还是遇到了不少困难。
这次课程设计，让我们领会到了干什么事都要有耐心，要尽自己的努力，突破思维定式，敢于想敢于做，更要懂得分工与合作，这让我们体会到学习中的快乐。
老师曾说，别人取得的优异成绩，绝不是侥幸和巧合，那都是自己努力之后的成果。
我们要有上进心，要不怕困难，不骄不躁。
以前我们总觉得很多东西都会，一旦自己动手，就发现很多问题。
这次的课程设计让我们明白了，万事开头难。
我们要端正态度，态度决定一切，山高人为峰。
总之，我们学到的知识经过应用才能实现其价值。
附录：
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